20公里光纤中实现量子指纹识别 中科大又突破经典极限

6月21日，中国科学技术大学发布重要科研成果，该校教授、中科院院士潘建伟及其同事张强、李力等与中科院上海微系统与信息技术研究所、美国麻省理工学院的科研人员合作，利用线性光学系统，在20公里的光纤线路中实现量子指纹识别，并突破经典极限，首次在信道容量上实现对经典通信的超越。

随着大数据时代的到来，光通信正在以指数级的速度增长。考虑到有限的光纤线路资源，传递最少的信息来进行有效的数据处理和提高单根光纤信道容量，是目前光通信学术界和工业界的核心问题。量子通信除了可以提供无条件安全的信息传输手段外，也可以通过量子通信复杂度研究，为提高信道容量提供有效的解决途径。

量子通信复杂度研究利用量子力学的叠加原理，可以用量子信道提供更高的信道容量，其中一个重要的应用就是量子指纹识别。指纹识别主要应用于遥远双方进行信息比对，假设需要比对的信息量为N姨个比特，经典方法所需要传送的最小信息量为比特，而量子指纹识别可以将需要传送的信息量降低为logN比特，以指数级数提高信道容量。

量子指纹识别理论于2001年提出，但受限于各种技术条件，过去实验都未能突破经典极限。潘建伟小组搭建了具有主动相位补偿的20公里长双Sagnac干涉仪，结合中科院上海微系统与信息技术研究所超导实验室研制的超低噪声超导纳米线单光子探测器，最终实现传输信息量比经典极限低84%的量子指纹识别。

该实验不仅在世界上首次实现突破经典极限的量子指纹识别，而且首次在实验中观测到量子信道容量相比经典信道的优越性。

这一成果发表在最新一期国际物理学权威学术期刊《物理评论快报》上。审稿人称赞这一实验“提供了量子密钥分发之外的量子信息的重要应用”。